Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Jorden vs. asteroider:mennesker slår tilbage

SCI-impaktor på vej til Ryugu-asteroiden. Kredit:JAXA/The University of Tokyo/Kochi University/Rikkyo University/Nagoya University/Chiba Institute of Technology/Meiji University/The University of Aizu/AIST

Indkommende asteroider har arret vores hjemmeplanet i milliarder af år. Denne måned satte menneskeheden vores eget præg på en asteroide for første gang:Japans Hayabusa2-rumfartøj tabte et kobberprojektil med meget høj hastighed i et forsøg på at danne et krater på asteroiden Ryugu. Et meget større asteroidenedslag er planlagt i det kommende årti, involverer en international dobbeltrumfartøjsmission.

Den 5. april, Hayabusa2 udgav et eksperiment kaldet 'Small Carry-on Impactor' eller SCI for kort, med en plastisk sprængladning, der skød et 2,5 kg kobberprojektil mod overfladen af ​​Ryugu-asteroiden med en diameter på 900 m med en hastighed på omkring 2 km i sekundet. Målet er at afdække underjordisk materiale, der skal bringes tilbage til Jorden for detaljeret analyse.

"Vi forventer, at det vil danne et karakteristisk krater, " kommenterer Patrick Michel, CNRS forskningsdirektør for Frankrigs Côte d'Azur-observatorium, fungerede som medforsker og tværfaglig videnskabsmand på den japanske mission. "Men vi ved det ikke med sikkerhed endnu, fordi Hayabusa2 blev flyttet rundt til den anden side af Ryugu, for maksimal sikkerhed.

"Asteroidens lave tyngdekraft betyder, at den har en flugthastighed på et par ti centimeter i sekundet, så det meste af det materiale, der blev kastet ud af stødet, ville være gået direkte ud i rummet. Men samtidig er det muligt, at ejecta med lavere hastighed kan være gået i kredsløb omkring Ryugu og kan udgøre en fare for Hayabusa2-rumfartøjet.

Plume fra stød. Kredit:JAXA/The University of Tokyo/Kochi University/Rikkyo University/Nagoya University/Chiba Institute of Technology/Meiji University/The University of Aizu/AIST

"Så planen er at vente til denne torsdag, 25 april, at gå tilbage og afbilde krateret. Vi forventer, at meget små fragmenter i mellemtiden vil få deres kredsløb forstyrret af solstrålingstryk - det langsomme, men vedvarende skub af sollys i sig selv. I mellemtiden har vi også downloadet billeder fra et kamera kaldet DCAM3, der fulgte med SCI-nyttelasten for at se, om det fik et glimt af krateret og den tidlige ejecta-evolution."

Ifølge simuleringer, krateret forventes at have en diameter på omkring 2 m, selvom modellering af påvirkninger i et miljø med lav tyngdekraft er ekstremt udfordrende. Det skal se mørkere ud end den omgivende overflade, baseret på en touch-and-go prøvetagning i februar, da Hayabusa2's thrustere fjernede overfladestøv for at afsløre sortere materiale nedenunder.

"For os er dette et spændende første datapunkt at sammenligne med simuleringer, " tilføjer Patrick, "men vi har en meget større indflydelse at se frem til i fremtiden, som en del af den kommende dobbeltrumfartøjs Asteroid Impact &Deflection Assessment (AIDA) mission.

"I slutningen af ​​2022 vil US Double Asteroid Redirect Test eller DART-rumfartøjet styrte ind i den mindste af de to Didymos-asteroider. Som med Hayabusa2's SCI-test skulle det danne et meget tydeligt krater og blotlægge underjordisk materiale i et miljø med endnu lavere tyngdekraft, men dens hovedformål er faktisk at omdirigere kredsløbet om den 160 m diameter 'Didymoon'-asteroide på en målbar måde."

Hera bruger infrarød til at scanne nedslagskrateret. Kredit:ESA - ScienceOffice.org

DART rumfartøjet vil have en masse på 550 kg, og vil ramme Didymoon med 6 km/s. At slå en asteroide fem gange mindre med et rumfartøj, der er mere end 200 gange større og bevæge sig tre gange hurtigere, skulle levere tilstrækkelig anslagsenergi til at opnå det første asteroideafbøjningseksperiment nogensinde til planetarisk forsvar.

En foreslået ESA-mission kaldet Hera ville derefter besøge Didymos for at undersøge den omdirigerede asteroide, måle dens masse og udføre højopløsningskortlægning af krateret efterladt af DART-nedslaget.

"Det faktiske forhold mellem projektilstørrelse, hastighed og kraterstørrelse i miljøer med lav tyngdekraft er stadig dårligt forstået, " tilføjer Patrick, fungerer også som Heras ledende videnskabsmand. "Having both SCI and Hera data on crater sizes in two different impact speed regimes will offer crucial insights.

"These scaling laws are also crucial on a practical basis, because they underpin how our calculations estimating the efficiency of asteroid deflection are made, taking account the properties of the asteroid material as well as the impact velocity involved.

Hera is the European contribution to an ESA-NASA double-spacecraft AIDA mission, which is intended to test whether a kinetic deflection technique can be used to shift the orbit of an asteroid. The target of the mission is a double asteroid system, called Didymos, which will come a comparatively close 11 million km to Earth in 2022. The 800 m-diameter main body is orbited by a 170 m-diameter moon, informally called ‘Didymoon’. In 2022, NASA's DART spacecraft will first perform a kinetic impact on the smaller of the two bodies, og, senere, Hera will follow-up with a detailed post-impact survey that will turn this grand-scale experiment into a well-understood and repeatable planetary defence technique. Hera will also gather crucial scientific data on asteroids as a whole by carefully studying the exterior and interior properties of both bodies in the system. The spacecraft will also host two 6-unit cubesats that will be deployed near Didymos to perform, for the first time ever, multi-point measurements in a “mother-daughter” configuration. A novel intersatellite link will be used to establish a flexible communications network supporting the close-proximity operations in very low-gravity conditions, a crucial step for future exploration activities around small bodies. As of 2018, Hera, a further optimisation of ESA’s earlier proposed Asteroid Impact Mission, was in Phase B1 of mission development in preparation of the Agency’s Council of Ministers at European Level in late 2019. Credit:ESA

"This is why Hera is so important; not only will we have DART's full-scale test of asteroid deflection in space, but also Hera's detailed follow-up survey to discover Didymoon's composition and structure. Hera will also record the precise shape of the DART crater, right down to centimetre scale.

"Så, building on this Hayabusa2 impact experiment, DART and Hera between them will go on to close the gap in asteroid deflection techniques, bringing us to a point where such a method might be used for real."

Didymoon will also be by far the smallest asteroid ever explored, so will offer insights into the cohesion of material in an environment whose gravity is more than a million times weaker than our own – an alien situation extremely challenging to simulate.

I 2004 NASA's Deep Impact spacecraft launched an impactor into comet Tempel 1. The body was subsequently revisited, but the artificial crater was hard to pinpoint – largely because the comet had flown close to the Sun in the meantime, and its heating would have modified the surface.

Hera will visit Didymoon around four years after DART's impact, but because it is an inactive asteroid in deep space, no such modification will occur. "The crater will still be 'fresh' for Hera, " Patrick concludes.


Varme artikler